一种用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层及其制备方法与流程

本发明涉及表面防护，特别是涉及一种用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层及其制备方法。

背景技术：

1、现今，以煤炭燃料的火力发电为主的电力供应，其所用锅炉水冷壁管是吸收热量的重要部件，担负着能量转换的重要任务。同时，随着开采煤矿的质量逐年下降，煤炭含硫量愈发严重；煤炭燃烧过程中，水冷锅炉壁长时间服役于内外温差大、氧化硫化情况严重，致使极易发生壁管破裂，使得锅炉运行过程事故频次加大。因此，如何防护高硫高温情况下水冷锅炉壁发生腐蚀，延长水冷壁管使用寿命，受到了人们的高度关注。

2、防止水冷壁管腐蚀的办法通常是使用脱硫煤或低硫煤为原材料，从根源上解决问题；而从可行性、经济等因素综合考虑，管壁表面涂覆耐腐涂层拥有易操作、价格低廉及耐硫腐蚀效果显著等特点，已被广泛应用于管材防腐领域。现今，用于水冷壁管耐腐涂层常为nicr系合金；该材料作为涂层时，高温环境下表面易形成一层高致密度的抗硫化物腐蚀cr2o3氧化膜。

3、除此之外，该涂层的膨胀系数与水冷壁管所用碳钢的膨胀系数基本相近，能够在一定程度上防止涂层的脱落。然nicr系涂层通常采用等离子法进行喷涂，喷涂层厚度有限；涂有nicr涂层的水冷壁管长时间用于内外温差大环境下，易发生热胀冷缩导致涂层的脱落，不能实现水冷壁管高寿命的服役。nicr系涂层在低硫腐蚀条件下具有良好耐蚀性，但随着火力发电燃烧煤炭所产生的硫浓度升高，在高硫腐蚀条件下未能表现出良好的防腐效果。有研究表明，当基体材料的涂层为8ysz时，在高硫环境中具有较高的耐蚀性和耐高温性能，其缺点是制备涂层结合强度低，孔隙率较高，所以不能单独用于水冷壁管涂层制备。因此，亟需研发一种与基体结合强度高、耐高温硫腐蚀性能优异的用于发电厂水冷壁管的涂层，以解决涂层与基体脱落和耐高温高硫腐蚀性能差的问题，从而满足现今发电厂锅炉使用，延长壁管服役寿命，提高生产效率。

技术实现思路

1、针对上述涂层在高温环境下，耐硫腐蚀效果达不到以及涂层容易脱落的问题，本发明提供一种用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层及其制备方法。采用本发明用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层可以减少锅炉停运维修次数，从而提高锅炉的使用年限。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明技术方案之一，一种用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层(简称：涂层)，从基体开始，由里至外依次为合金粘接层、低陶瓷含量层和高陶瓷含量层；

4、按质量百分数计，所述合金粘接层包括80-100％nicr系合金以及余量zro2·8y2o3；所述低陶瓷含量层包括21-79％nicr系合金以及余量zro2·8y2o3；所述高陶瓷含量层包括0-20％nicr系合金以及余量zro2·8y2o3。

5、本发明技术方案之二，一种上述于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：

6、按质量百分数，将nicr系合金粉和zro2·8y2o3粉分别配制成合金粘接层粉体、低陶瓷含量层粉体和高陶瓷含量层粉体；

7、采用冷喷涂的方式将合金粘接层粉体、低陶瓷含量层粉体和高陶瓷含量层粉体依次喷涂在基体上，之后热烧结，得到所述用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层。

8、本发明技术方案之三，上述的用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层在电力供应用锅炉中的应用。

9、本发明公开了以下技术效果：

10、本发明提供一种用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层，该涂层能够与水冷壁管表面形成良好结合，该涂层具有良好的耐硫腐蚀性能，能够提高水冷壁管的耐硫腐蚀能力，从而增强对硫介质的耐受性，减少水冷壁管腐蚀破裂的现象，从而减少事故的发生。

11、本发明方法中，zro2·8y2o3粉末的加入，使得水冷壁管具有良好的耐高温硫腐蚀性能；nicr系合金粉在生成cr2o3的同时，能够使水冷壁管与涂层的结合良好。

12、利用本发明方法制备的涂层成分以梯度连续变化(合金粘接层、低陶瓷含量层和高陶瓷含量层构成了梯度涂层)，能够有效地增加耐高温硫腐蚀涂层的厚度，接近于水冷壁管表面为nicr系合金粘接层，最外层为zro2·8y2o3质量含量高于80％的高陶瓷层。本发明提出的涂层具有致密度高、与基体结合强度高、高温硫腐蚀性能优异等优点；涂覆于水冷壁管表面能够提高其耐高温硫腐蚀的能力，延长水冷壁管的使用寿命，有效降低电厂化工厂维护成本。

技术特征：

1.一种用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层，其特征在于，从基体开始，由里至外依次为合金粘接层、低陶瓷含量层和高陶瓷含量层；

2.根据权利要求1所述的用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层，其特征在于，所述合金粘接层的厚度为9-15μm。

3.根据权利要求1所述的用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层，其特征在于，所述低陶瓷含量层的厚度为15-27μm。

4.根据权利要求1所述的用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层，其特征在于，所述高陶瓷含量层的厚度为6-12μm。

5.一种权利要求1-4任一项所述的用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述合金粘接层粉体、低陶瓷含量层粉体和高陶瓷含量层粉体的粒径独立的为45-75nm。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述冷喷涂的工艺参数为：空气压力为0.08-0.1mpa；喷涂速度为60-80ml/min；喷涂距离为190-210mm；喷涂角度为80-90°。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热烧结具体为400-800℃保温1-5h后。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，喷涂合金粘接层粉体之前还包括除去基体表面油污、锈迹和水分的步骤。

10.如权利要求1-4任一项所述的用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层在电力供应用锅炉中的应用。

技术总结
本发明涉及表面防护技术领域，特别是涉及一种用于发电厂水冷壁管耐高温硫腐蚀涂层及其制备方法。从基体开始，由里至外依次为合金粘接层、低陶瓷含量层和高陶瓷含量层；按质量百分数计，所述合金粘接层包括80‑100％NiCr系合金以及余量ZrO<subgt;2</subgt;·8Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;；所述低陶瓷含量层包括21‑79％NiCr系合金以及余量ZrO<subgt;2</subgt;·8Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;；所述高陶瓷含量层包括0‑20％NiCr系合金以及余量ZrO<subgt;2</subgt;·8Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;。本发明提出的涂层具有致密度高、与基体结合强度高、高温硫腐蚀性能优异等优点；涂覆于水冷壁管表面能够提高其耐高温硫腐蚀的能力，延长水冷壁管的使用寿命，有效降低电厂化工厂维护成本。

技术研发人员：何朋非,沈丁杰,杨成明,张仁魁,陈亮平,王彪
受保护的技术使用者：湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12